制冷系統(tǒng)課件A教材

1、一、制冷基本原理n定義n制冷的基本原理及基本方法n單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)1、定義n制冷：從低于環(huán)境的物體中吸取熱量，并將其轉(zhuǎn)移給環(huán)境介質(zhì)的過程。n制冷機：完成制冷循環(huán)所必需的機器和設(shè)備的總稱。n制冷裝置：將制冷機同使用冷量的設(shè)施結(jié)合在一起的裝置。如冰箱，空調(diào)機等。n制冷劑：除半導體制冷以外，制冷機都是依靠內(nèi)部循環(huán)流動的工作介質(zhì)來實現(xiàn)制冷過程，完成這種功能的工作介質(zhì)，稱為制冷劑，也稱制冷工質(zhì)。2、制冷的基本原理n由于熱量只能自動地從高溫物體傳給低溫物體，因此實現(xiàn)制冷必須包括消耗能量的補償過程。n制冷機的基本原理：利用某種工質(zhì)的狀態(tài)變化，從較低溫度的熱源吸取一定的熱量Q0，通過一個消耗功W的補償過程

2、，向較高溫度的熱源放出熱量Qk,。在這一過程中，由能量守恒得 Qk= Q0 + W。3、制冷的基本方法 為了實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，首先必須有使制冷劑能達到比低溫環(huán)境介質(zhì)更低的溫度的過程，并連續(xù)不斷地從被冷卻物體吸取熱量，在制冷技術(shù)的范圍內(nèi)，實現(xiàn)這一過程有下述幾種基本方法：3、制冷的基本方法n相變制冷：利用液體在低溫下的蒸發(fā)過程或固體在低溫下的熔化或升華過程向被冷卻物體吸取熱量。普通空調(diào)器都是這種制冷方法。n氣體膨脹制冷：高壓氣體經(jīng)絕熱膨脹后可達到較低的溫度，令低壓氣體復(fù)熱即可制冷。n氣體渦流制冷：高壓氣體經(jīng)過渦流管膨脹后即可分離為熱、冷兩股氣流，利用冷氣流的復(fù)熱過程即可制冷。n熱電制冷：令直流電通過半

3、導體熱電堆，即可在一端產(chǎn)生冷效應(yīng)，在另一端產(chǎn)生熱效應(yīng)。4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán) 蒸氣壓縮式制冷機是目前應(yīng)用最廣泛的一種制冷機，有單級、多級和復(fù)疊式之分。 單級壓縮蒸氣制冷機是指將制冷劑經(jīng)過一級壓縮從蒸發(fā)壓力壓縮到冷凝壓力的制冷機。單級制冷機一般可用來制取-40以上的低溫。 普通的空調(diào)器都是利用單級壓縮蒸氣制冷機的原理制造的。4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán) 單級壓縮蒸氣制冷機的由以下幾個基本組成部份：n壓縮機n冷凝器n節(jié)流機構(gòu)（毛細管）n蒸發(fā)器n制冷劑4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)單位制冷量：q0=h1-h6單位冷凝熱量：qk=h2-h5單位消耗功：w=h2-h1制冷系數(shù)：EER=q0/wA：壓縮機 B：冷

4、凝器C：節(jié)流機構(gòu) D：蒸發(fā)器單級壓縮蒸氣制冷機的流程圖與lgP-h圖4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)n壓縮機：它的作用是將蒸發(fā)器中的低溫低壓制冷劑蒸氣吸入，并壓縮到高溫高壓的過熱蒸氣，然后排到冷凝器。n常用的壓縮機有活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式、螺桿式和離心式等等。n壓縮機有定速壓縮機和變頻壓縮機。4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)n冷凝器：它的作用是將來自壓縮機的高溫高壓制冷劑蒸氣冷凝成過冷的液體，在冷凝過程中，制冷劑蒸氣放出熱量，故要用水或空氣來冷卻。n不同制冷劑有不同的冷凝壓力。普通家用空調(diào)器冷凝器里面的制冷劑（R22）壓力：標準制冷工況下一般在18 19 bar左右，過負荷工況下一般在2224bar左右。4、

5、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)n節(jié)流機構(gòu)：普通空調(diào)常用的是毛細管，高檔的空調(diào)器用電子膨脹閥。制冷劑經(jīng)過節(jié)流機構(gòu)時，壓力由冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，一部份制冷劑會在節(jié)流的過程中閃發(fā)成為氣體。n節(jié)流過程中制冷劑的焓值不變。n普通的家用空調(diào)器節(jié)流結(jié)束時大約有20%的制冷劑會閃發(fā)成氣體。制冷劑沒有蒸發(fā)就閃發(fā)成氣體降低了空調(diào)器的性能。4、單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)n蒸發(fā)器：它的作用是使經(jīng)節(jié)流機構(gòu)后的制冷劑液體蒸發(fā)成蒸氣，以吸收被冷卻物體的熱量。蒸發(fā)器是對外輸出冷量的設(shè)備。n普通家用空調(diào)器蒸發(fā)器里的制冷劑（R22）的蒸發(fā)壓力在5.5-6.5bar左右。二、系統(tǒng)匹配n選壓縮機n選冷凝器n選蒸發(fā)器n估算制冷劑充注量n匹配制冷系統(tǒng)

6、n不合格項目的整改二、系統(tǒng)匹配n一般來說，新匹配一臺空調(diào)器都有一個參考機型n新匹配機的性能指標對壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器的選擇有很大關(guān)系。n室外機、室內(nèi)機的電機轉(zhuǎn)速-風量-噪音是首先要摸底搞清楚的。1、選壓縮機n根據(jù)實際情況選擇壓縮機型式：活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式及其電源規(guī)格n一般來說，家用空調(diào)器中活塞式用得比較少，T3型空調(diào)器一般會選擇活塞式壓縮機。n目前3P以下的家用空調(diào)器大多數(shù)都是轉(zhuǎn)子式壓縮機。轉(zhuǎn)子壓縮機又分單轉(zhuǎn)子與雙轉(zhuǎn)子壓縮機。n3P以上的家用空調(diào)器一般會使用渦旋式壓縮機。n根據(jù)空調(diào)器的制冷量大小來選擇壓縮機的大小，一般來說按空調(diào)器的額定制冷量是壓縮機的單體能力的90%來選擇。n壓縮機每一

7、個排量（1cc）的能力約為175W。 2、選冷凝器n長U管管徑，內(nèi)螺紋管還是光管n在正常的范圍內(nèi)，管徑越小，換熱系數(shù)越大，耐壓也越大，但流動阻力也越大。n內(nèi)螺紋管比光管換熱系數(shù)高，不同形式的內(nèi)螺紋管換熱系數(shù)也不一樣n小管徑冷凝器及新型的內(nèi)螺紋管的研究是一個重要的方向。n選擇非親水鋁箔（普通鋁箔）還是親水鋁箔，選擇片型是平片、沖縫片還是波紋片，選擇片距n選擇其它型式的冷凝器n高效的冷凝器有全鋁冷凝器、全銅冷凝器等等3、選蒸發(fā)器n長U管管徑，內(nèi)螺紋管還是光管n一般來說蒸發(fā)器的長U管徑可以選擇小管徑的。n選擇親水鋁箔n一般選擇裂隙片，最小片距可達1.3mm。4、估算制冷劑充注量n參考機型的制冷劑充注

8、量n一臺空調(diào)正常狀態(tài)下約有60%的制冷劑會在室外側(cè)的冷凝器里，約40%的制冷劑在室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器里。n以參考機型為基礎(chǔ)，算出冷凝器和蒸發(fā)器內(nèi)容積增大（或減少）的比例，估算出大概的制冷劑充注量。n比如說：參考機型充注量為1000g，內(nèi)機不變，室外機冷凝器由單排變?yōu)?.5排：側(cè)估算充注量為： 1000*0.6*1.5+1000*0.4=1300(g)n一般來說，估算的充注量要比最后的要稍多。這個只能靠經(jīng)驗掌握。估算的只能提供一個大概。5、匹配制冷系統(tǒng)n以下各點是對一般情況而言的，以下數(shù)據(jù)做一個參考。 *制冷工況匹配，以下對策中的“增加冷媒”僅作為最后的手段，此方法應(yīng)該盡量避免。在標準制冷工況下匹配的

9、目標：1）排氣溫度目標值：85-90n高于目標值，則應(yīng)該減短毛細管，加大室外機風量或追加冷媒。n低于目標值，則加長毛細管，減少冷媒。n如果是特別匹配的高效制冷系統(tǒng)，排氣溫度較低，一般在70-80 。5、匹配制冷系統(tǒng)2）冷凝器中部溫度目標值：45-50左右，過冷度目標值在5-10 左右n冷凝器出口最低在37-38 ，若過低則與環(huán)境35 溫差太小，換熱量很少n冷凝器中部溫度高于目標值，則應(yīng)該減短毛細管，加大室外機風量或加大冷凝器。n冷凝器中部溫度低于目標值，則應(yīng)該加長毛細管，追加冷媒。5、匹配制冷系統(tǒng)3）蒸發(fā)器中部溫度目標值：8-12左右，過熱度目標值在0-1 左右n蒸發(fā)器中部溫度值高于目標值則加

10、長毛細管。n蒸發(fā)器中部溫度值低于目標值則減短毛細管，加大室內(nèi)機風量或加大蒸發(fā)器。n蒸發(fā)器過熱度值高于目標值則減短毛細管，增加冷媒。n蒸發(fā)器過熱度值低于目標值則加長毛細管，加大室內(nèi)機風量，減少冷媒或加大蒸發(fā)器。5、匹配制冷系統(tǒng)4）壓縮機回氣溫度比蒸發(fā)器出口溫度可高出1-2左右。n若回氣溫度高出出口溫度較大，比如出口為10 ，而壓縮機回氣有20 ，這個是壓縮機排氣溫度上升的原因，應(yīng)該減短毛細管或增加冷媒。n若回氣溫度低于出口溫度很多，比如出口為10 ，而壓縮機回氣有5 ，這個是壓縮機排氣溫度下降的原因，這時候冷媒在蒸發(fā)器中不能充分蒸發(fā)而導致能力不足，應(yīng)該加長毛細管或減少冷媒。5、匹配制冷系統(tǒng)5）制

11、冷過負荷工況下。n若OLP動作，則應(yīng)該加大外側(cè)風量，冷媒增多壓縮機負荷加大，如果可能的話可減短毛細管，并減少冷媒，或加大冷凝器。n保證高壓側(cè)壓力不超過26.5bar， 26.5bar對應(yīng)冷凝器中部溫度65 左右。n壓縮機排氣溫度一般要在115 以下，不要超過125 ，壓縮機電機的線圈溫度比排氣溫度高10 左右，溫度過高的話可能燒線圈。排氣溫度過高時可減短毛細管或加大冷凝器或增加冷媒（注意減短毛細管時可能會使標準工況下能力下降）5、匹配制冷系統(tǒng)5） 過載保護器OLP（Over Load Protector）動作n過載保護器是由電流與溫度共同控制的。nOLP曲線圖有兩種表示型式。如下圖，分三個區(qū)域

12、或兩個區(qū)域。n如圖所示的OLP曲線，當電流為 I1 時只要壓縮機溫度小于 t1 壓縮機的OLP是不會動作的?；蛘?，當壓縮機溫度是 t1 時，壓縮機的電流小于 I1 時，OLP不會動作。5、匹配制冷系統(tǒng)5）最小制冷工況下。n蒸發(fā)器溫度不能低于0 ，到0 以下時，蒸發(fā)器上附著的除濕水份會開始凍結(jié)，不能制冷，當冰成塊掉下來的時候會打壞風輪。n空調(diào)器的防凍結(jié)功能，當檢測到蒸發(fā)器的溫度T2連續(xù)一段時間低于某溫度值時，壓縮機停止工作，等到T2上升到某溫度時才開始工作。如海爾分體機：T2連續(xù)5分鐘低于0 則停壓縮機，內(nèi)風機轉(zhuǎn)速不變，T2上升到8 后再開壓縮機。n確保壓縮機殼體底部溫度高于冷凝器中部溫度5 以

13、上。若不能保證，壓縮機油會被冷媒稀釋，潤滑油會失去機能，這樣壓縮機滑動部分開始磨損，最終造成不能運轉(zhuǎn)。5、匹配制冷系統(tǒng)6）匹配性能時n調(diào)節(jié)毛細管和冷媒量的組合，可得出對應(yīng)的出風溫度n選擇出風溫度最低的毛細管和冷媒量的組合測試能力n一般來說，空調(diào)器的很多參數(shù)都有下圖所示的特點，下圖可以是以下的組合：n空調(diào)能力Q-毛細管長度Rn空調(diào)能力Q-冷媒量Rn空調(diào)功率Q-毛細管長度Rn空調(diào)功率Q-冷媒量Rn我們要追求的是圖中的Q1點 所對應(yīng)的條件R1n針對測試結(jié)果作一些微調(diào) 節(jié)，把空調(diào)各參數(shù)到匹配 到一個最佳組合。5、匹配制冷系統(tǒng)7）不合格項目微調(diào)與整改n能力不足：n壓縮機是否過??？n毛細管與冷媒量是否是最

14、佳組合？n室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)風量是否合理？n兩器大小是否合理？n功率過高與最大制冷跳停：n外側(cè)風量是否合理？n冷凝器大小是否合理？冷凝器制作是否有問題（沒有脹緊、疊片、倒片、片距不對）n是否冷媒過多或者毛細管過長？n冷凝器流路設(shè)計不合理造成嚴重復(fù)熱，或流路半堵，降低冷凝器性能？n凝露工況不合格n低風風速是否定得過低？（風速過高會造成吹水）n室內(nèi)機是否漏風？是否流路不均，嚴重偏流？n冷媒是否不足，造成缺液蒸發(fā)？5、匹配制冷系統(tǒng)7）不合格項目微調(diào)與整改n室外機有冷媒流動聲n毛細管組件用防振膠包住n在兩個管徑變化大的地方加過渡管n在過渡管處包防振膠n異聲或噪音超標n如果是風道的異聲，則要改變風輪轉(zhuǎn)速、安

15、裝位置或換風輪n如果是制冷系統(tǒng)的異聲，則在固頻不合格處加配重塊或防振膠改變其固頻n在配管振動大的地方貼防振膠n在壓縮機排氣管上加消聲器n壓縮機包隔音棉n鈑金件上貼隔音棉三、影響 EER、COP 的主要因素n逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)n空調(diào)器的EER、COP影響主要因素1、逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)n逆向循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)，所有的制冷機都是按逆向循環(huán)來工作的。n當高溫熱源與低溫熱源的溫度不變時，具有兩個可逆的等溫過程和兩個等熵過程的逆向循環(huán)稱為逆卡諾循環(huán)。1、逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)n如圖所示的逆卡諾循環(huán)T-s圖，制冷劑放熱時的溫度與高溫熱源的溫度均為T2，制冷劑吸熱時的溫度與低溫熱源的溫度均為T1。放出的

16、熱量為：q2=T2(s1-s4)吸取的熱量為：q1=T1(s1-s4)消耗功為：w=q2-q1=(T2-T1)(s1-s4)制冷系數(shù)為：EER0=q1/w=T1/(T2-T1)結(jié)論：逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)只與高溫熱源與低溫熱源的溫度有關(guān)，T2升高與T1降低都會使制冷系數(shù)下降，而T1下降對其影響更為顯著。2、如何提高空調(diào)器的EERn從制冷系統(tǒng)上說，降低冷凝溫度Tk和升高蒸發(fā)溫度T0都可以使EER上升n采用高效的壓縮機n適當加大冷凝器、加大室外機的風量，使Tk下降n適當加大蒸發(fā)器、加大室內(nèi)機的風量，使T0上升n利用高效的換熱器，例如用內(nèi)螺紋管代替光管、全鋁換熱器n從整機上說n采用高效的直流電機代替交

17、流電機n采用直流變頻壓縮機代替普通定速壓縮機或交流變頻壓縮機n冷媒充注量盡量少n采用排量較大的變頻壓縮機代替排量較小的變頻壓縮機，以壓縮機的額定頻率來做制冷的主頻n加大內(nèi)外機風量的同時要考慮風機功率的增加，從整機上說，不一定是風量越大EER越高n制冷系統(tǒng)要匹配到一個最佳狀態(tài)3、高EER空調(diào)器的熱交換器設(shè)計n銅管鋁箔換熱器n長U管管徑的影響n內(nèi)螺紋型式的影響n不同流路的影響n鋁箔的影響n其它型式的新型換熱器n全鋁換熱器n全銅換熱器n橢圓長U管換熱器n橢圓長U管可以有效的減小尾流的影響，可以比普通的圓型長U管提高換熱系數(shù)。1)、長U管管徑的影響n不同的管徑的長U管有不同的換熱性能與阻力n相同流量下

18、，管徑越小，換熱系數(shù)越大。n相同流量下，相同管徑，內(nèi)螺紋管換熱系數(shù)比光管的大，不同齒型的內(nèi)螺紋管換熱系數(shù)也不一樣n相同流量下，管徑越小，阻力越大。n相同流量下，相同管徑，內(nèi)螺紋管阻力比光管的大具體見下面的曲線圖1)、長U管的影響1)、長U管的影響1)、長U管的影響1)、長U管的影響1)、長U管的影響1)、長U管的影響2)、不同流路的影響n在冷凝器設(shè)計中，應(yīng)當分流路，不同路的入口應(yīng)當盡量靠近，出口也應(yīng)當盡量靠近，進口與出口也應(yīng)當盡量遠離，以避免由于復(fù)熱而損失部份換熱量，避免流量分配不均勻。n在實際設(shè)計中，若分路多于兩路時，應(yīng)當采用集中式分液器和集液器，盡量使不同流路之間流量均勻。n不同流路的管程

19、最好相同，而且應(yīng)當均勻地流過迎風側(cè)和背風側(cè)使得換熱均勻。不同流路的換熱單體能力測試見下頁。2)、不同流路的影響本實驗所用的冷凝器是:弧形沖縫片，片厚0.105mm，片距1.7mm，長U管直徑9.53mm。2)、不同流路的影響36.2135.1944.3443.7650.7349.3138.7638.10換熱系數(shù)(W/m2.K)77.975.886.083.391.387.381.378.9制冷劑流量(kg/h)42714156471545635002478544554324換熱量(W)16731610163315761673157116671596風量（m3/h）DCBA項目可以看出，不同的流

20、路有不同的換熱系數(shù)。實際應(yīng)用時還要考慮生產(chǎn)工藝的可行性，綜合比較選擇最優(yōu)的。3)、鋁箔的影響n按親水性分：普通鋁箔（非親水鋁箔）與親水鋁箔n親水鋁箔的定義：利用化學方法在鋁箔表面生成一層穩(wěn)定的高親水性膜，使鋁箔上的冷凝水由珠狀變成膜狀。 n涂層可以是有機涂層 ，主要成份是親水性樹脂 ，涂層也可以是無機涂層 ，主要成份是SiO2或水玻璃 。n按片型可以分：平片、沖縫片和波紋片。n鋁箔有不同的厚度：0.100、0.105、0.115等等。3)、鋁箔的影響n作為蒸發(fā)器的換熱器，一般要求選擇親水鋁箔，利于冷凝水的排除，不容易形成水橋，減小風通過換熱器的阻力。普通鋁箔的冷凝水成珠狀，不容易流走，形成水橋。n只作為冷凝器的可以選擇普通鋁箔。n作為室內(nèi)側(cè)的換熱器片距最小可以到1.3mm，作為室外側(cè)的換熱器的片距最小應(yīng)不小于1.4mm，片距過小容易被灰塵堵塞。n從作為冷凝器來說，沖縫片優(yōu)